基于粒子滤波的唐山台跨断层数据分析

基于游丽兰等给出的跨断层单测线动态系统模型,采用残差重采样粒子滤波算法对唐山台跨断层水准(基线)观测数据和降水量、气温等辅助观测数据进行综合处理。假设跨断层形变观测量仅受辅助观测项的影响,可以根据残差重采样粒子滤波结果获得环境因子(降水量、气温)对唐山台跨断层形变观测量的影响和断层运动情况。     

新发现的唐山地震大断层

在对唐山地面塌陷的研究中发现了一条与唐山地震相关的大断层,该断层至少长90km,地面垂直错距3m,明显具有铲形正断层特点。该断层倾向NW,可分为南、北2段。南段的确定主要依据震后地面形变野外调查、水准形变资料、航片解译和石油地球物理勘探资料;北段的存在则有强烈线状喷沙冒水分布以及地震反射测深资料作为证据。唐山地震主震的余震大致分布在该断层地表出露迹线的NW侧,这种位置关系显示了新发现的断层对唐山地震的控制性     

1976年唐山MS7.8地震同震及现今形变特征

基于1976年唐山M_S7.8地震的同震位移和现今GPS速度结果, 本文分析了该地震的同震破裂参数、 同震应变释放分布及其现今应变积累特征． 对唐山同震位移二维位错解析公式的拟合结果显示, 唐山地震前的断层闭锁深度约为18—23 km, 断层倾角可能介于74°—90°之间, 同震位错量约为3.1—3.4 m． 在同震过程中沿发震断层表现出显著的右旋错动特征, 在发震断层两侧沿NE向表现出左旋应变释放特征． 在本文现有的GPS测站密度和精度情况下, 尚无法识别出现今阶段沿唐山断裂的明显蠕滑特征． 唐山同震应变释放和现今GPS应变率积累结果均显示, 唐山断裂SE侧的剪切形变(速率)量值大于其NW侧, 同震与现今阶段的形变量值相差约1000倍．      

唐山断裂现代活动性研究

利用1984～2008年唐山台跨断层基线和水准数据,分时段研究断层的运动特征,计算出唐山断裂水平形变、垂直形变特征及断层活动速率。求解断层及周边地区的的应变特征和主应变方向,研究唐山断裂的活动特征。探讨唐山断裂活动与地震活动的关系。     

中国北天山褶皱逆冲带2016年MW6.0呼图壁地震—盲逆冲和上覆褶皱地震

2016年呼图壁M W6.0地震发生在中国天山褶皱逆冲带北部。然而,由于震级小、震源深且无地表破裂,2016年呼图壁地震的同震断层破裂模型和地震构造至今仍然未知。本文研究表明,2016年呼图壁地震发生在一个深地壳(15~20km)盲逆冲断层上,且深部盲逆冲断层的破裂触发了浅层上覆褶皱的运动。本文使用Sentinel-1A/1B卫星观测的升轨和降轨干涉合成孔径雷达(InSAR)数据反演构建了2016年呼图壁地震的发震构造。研究发现,单个断层不能很好地拟合Sentinel-1升轨和降轨数据观测到的InSAR形变场。基于InSAR观测大地测量数据,研究发现沿齐古背斜发育的一个沿深度方向倾角变化的小断层也在呼图壁地震中发生了破裂,增加了上述小断层后,模型反演残差显著降低。整体而言,2016年呼图壁地震发生在一条走向264.4°、倾角28.8°的地壳深部盲断层上,显著的断层滑移位于地表以下13~18km深度处,峰值滑移量约10.0cm。触发的浅层地壳断层弯曲褶皱具有铲形的断层几何形状,其破裂以逆冲运动为主。浅层褶皱结构上由主震产生的静态库仑应力变化为负,表明对于呼图壁地震浅层断层破裂,动态库仑应力可能比静态库仑应力在触发浅层断层破裂中起着更重要的作用。最后,研究结果表明,深震源的中强地震有可能引发该地区浅层上覆断层弯曲褶皱的破裂。     

2016年1月21日门源Ms6.4级地震InSAR同震形变及发震构造研究

2016年1月21日青海省门源县发生M_S 6.4级地震,距离震中位置最近的已知断裂为位于其北侧7 km的冷龙岭断裂,该断裂晚第四纪以来主要表现为左旋走滑运动,局部兼具倾滑分量.但本次地震的震源机制解显示为逆冲型地震,与人们认知的冷龙岭断裂走滑运动性质有所差异.本研究利用Sentinel-1A数据获取了升降轨方向的形变场,形变场特征显示本次地震以逆冲为主,最大形变量在6 cm左右.以此数据为约束,采用两步法反演了发震断层参数,结果显示仅以InSAR数据为约束并不能唯一确定断层的倾向,因此本文对比了NE倾向和SW倾向等不同断层模型的反演结果,综合分析该地区的地质构造背景,认为SW倾向的断层模型更加合理,本次地震由冷龙岭北侧的弧形次生断层引起,发震断层面走向141°,倾向SW,倾角43°,平均滑动角为72.7°,最大滑动量为0.44 m,反演矩震级为M_W 6.0,震源深度10 km.该次生断层与冷龙岭断裂一起构成正花状构造,冷龙岭主干断层近直立插入基底,夹持部分形成隆起断块,推测本次地震是青藏高原向NW推挤生长,在压扭性作用下隆起断块的一种表现.     

唐山活动断层的浅层地震精细探测

利用高分辨率浅层地震方法对唐山断层进行精细探测 ,得到了 30 0m以上尤其是近地表结构的清晰图像 ,证明NW倾向的唐山断层在活动时 ,南段是一个高角度的正断层 ,向上错断了全新统 (Q4 ) ;北段则表现出逆断层的性质     

唐山活动断层的浅层地震精细探测

利用高分辨率浅层地震方法对唐山断层进行精细探测，得到了300m以上尤其是近地表结构的清晰图像，证明NW倾向的唐山断层在活动时，南段是一个高角度的正断层，向上错断了全新统(Q4)；北段则表现出逆断层的性质。     

唐山台跨断层形变速率阶段性变化及预报效能评估

采用启发式分割算法(BG算法)对唐山台跨断层形变观测时间序列进行均值突变检测。以此为基础,通过计算突变前后子序列均值变化量,探讨唐山台跨断层形变的阶段性变化特征。结合台站及其周围典型震例,分层次统计突变距离发震日的时间间隔,计算虚报率、漏报率和R值,并对唐山台跨断层形变的预报效能进行定量评估。结果显示,唐山台跨断层形变阶段性变化特征显著;各测项突变后对应发生地震的概率均不低于50%,突变距发震日的最短时间间隔自当天到2个月不等;水准的预报效能整体上略优于基线,而断层垂向分量和张压分量的预报效能整体上优于走滑分量。     

唐山地震前地壳的异常隆起及无震蠕动

根据唐山地区震前11期水准复测资料,对本区的地壳形变的时空变化特征进行了分析.结果表明:唐山地震前1968年-1969年震中区发生了幅度为50毫米、持续时间2年的异常隆起,并在唐山及宝坻附近的唐山断层和蓟运河断层显示出应变积累与无震蠕动叠加的作用.采用了均匀应变积累及弹性位错理论分别计算了唐山、宝坻附近测点由于各处断层蠕动引起的垂直位移理论值,按残差均方根最小的原则确定历年应变积累及蠕动断层参数的最佳值.1969年-1975年唐山地下发生蠕动的断层走向为北东47、倾角87、倾向南东的右旋正断层,断层长度为8公里、宽度6公里、断层上界深度为2公里、走滑与倾滑错距分别为104厘米及8厘米,平均应变积累速度为0.910-7/年.同时得到断层走向、倾向蠕动速度分别为18.6厘米/年及1.4厘米/年.另外由蓟运河断层结果得到.宝坻附近蠕动断层的规模比唐山小,但蠕动速度比唐山大.本文分析了上述异常隆起及蠕动断层与唐山地震的关系,认为地壳的异常隆起是孕震的早期显示,而无震蠕动可能是浅源地震的又一前兆特征.唐山地震经历了长期应变积累-体积膨胀-蠕动-形变反向(或蠕动速度减慢)-发震的过程.      

基于国家地震科学数据开展断层面参数研究的初探——以唐山地震为例

随着地震观测台网的加密,中国地震台网统一地震目录越来越完整。本文以地震资料丰富且研究程度较高的唐山地震为例,尝试利用中国地震台网统一地震目录直接确定断层面参数。将小震确定断层面参数的方法应用于唐山地震序列,对其断层面参数进行分段拟合,其中唐山断裂南段走向和倾角分别为213.4°和81.9°,唐山断裂北段走向和倾角分别为231.4°和89.1°,滦县段走向和倾角分别为125.1°和76.2°,卢龙断裂走向和倾角分别为46.1°和89.3°,宁河断裂走向和倾角分别为246.6°和81.8°。将所得结果与前人研究成果以及现今震源机制解参数研究的误差水平进行对比分析,证明了本研究具有较高的可靠性。本文研究结果表明,在地震活跃且地震定位精度较高的地区,中国地震台网统一地震目录可以广泛应用于断层面参数的确定。     

1976年唐山地震发震断裂的活动性研究

震后野外考察及航空摄影发现的地裂缝带,说明唐山断裂与１９７６年唐山７．８级大地震的发震构造有密切关系。用卫星遥感信息和浅层地震勘探结果对唐山断裂的活动性做了新的研究。卫星图像解释结果表明：震前一年多时间内,ＮＥ向的唐山断裂被ＮＮＷ向断裂截切而ＮＷＷ向断裂受到牵引,因而显示出右旋走滑的活动形迹。浅层地震勘探结果则证明,唐山断裂是倾向ＮＷ,高倾角的右旋走滑正断层,它断错了全新统（Ｑ４）、晚更新统（Ｑ３）、中更新统（Ｑ２）和早更新统（Ｑ１）地层     

利用小震分布和区域应力场确定大震断层面参数方法及其在唐山地震序列中的应用

根据成丛小震发生在大震断层面及其附近的原则,将模拟退火算法和高斯-牛顿算法结合,给出了利用小震密集程度求解主震断层面走向、倾角、位置及其误差的稳健估计方法,在此基础上考虑区域构造应力参数,给出了估计在已求得的断层面上的滑动角的方法.该方法还可用于小震活跃地区活断层走向、倾角和滑动角的确定.将这种方法用于唐山地震序列,采用2002年4月1日至2006年5月31日发生在地震破裂区的精定位地震目录,求得了唐山地震、滦县地震、宁河及卢龙断裂带的断层面走向、倾角、位置及滑动角参数.与前人给出的断层面解进行比较,发现利用小震精定位资料和区域构造应力场得到的结果与前人采用其他资料和方法得到的结果近似,验证了这种方法的有效性.另外,本研究首次发现滦县地震区东部的小震呈北东-南西向条带状成丛发生,可精确刻画为一条断裂带,较为精确地确定了此断层的走向、倾角和滑动角.该断裂及宁河断裂在唐山地震序列发生时是否破裂需要运用其他资料进行验证.     

2016年青海门源MS6.4地震重定位

利用中国地震科学台阵探测项目中部分台站和青海、甘肃地震台网的观测资料,选取最佳速度模型,利用逆时成像技术对2016年1月21日青海门源M_S6.4地震的起始破裂点和震源中心进行成像分析.结果表明:门源地震的发震时刻为北京时间2016年1月21日1时13分11 s,起始破裂点位于 (37.67°N,101.61°E),震源深度为9.41 km;震源中心的位置变迁可以分为1—6 s和7—10 s两个阶段,且均基本位于倾角约75°、倾向NE的斜面附近.根据震源中心的迁移特征,推测走向为335°,倾角为56°,滑动角为97°的节面为门源地震的破裂面.结合该地震滑动角较大及高倾角逆冲构造的活动特征,认为门源M_S6.4地震应为冷龙岭北侧高倾角次级逆断层活动的结果.      

用形变资料反演1976年唐山地震序列的破裂分布

1976年唐山发生了7.8级地震,相继又发生了两次大余震——滦县7.1级地震和宁河6.9级地震.地震发生在观测条件比较好的地区,水准测量和三角测量测得了地震的同震位移场.本研究采用原始水准测量数据,而不是采用根据水准数据处理的地面沉降图像,和三角测量数据反演了该地震序列的破裂分布.模型构建中考虑了滦县地震和宁河地震的断层形态和大小.结果表明,唐山地震主震断层有明显的右旋走滑性质,最大走向滑动错距>6 m,位于断层南段,北段的走滑分量明显小于南段.主震总地震矩达2.58×10²⁰N·m,与地震波反演得到的地震矩的量级相当;滦县地震断层总体表现为左旋正断层,释放地震矩达4.95×10¹⁹N·m;宁河地震断层总体表现为右旋正断层,释放地震矩达3.94×10¹⁹N·m,比地震波反演的地震矩大一个量级.据此可以推测唐山地震的无震滑移主要发生在宁河地震断层的西部上,滑动性质以正断层为主.该结果对于唐山地震序列后的动力学演变过程及余震发生机理有一定参考.     

利用唐山地震台资料研究唐山断裂活动特征

本文研究了唐山地震台内的唐山断裂形变、断层活动协调比、断层土壤气CO₂的变化特征。结果显示,唐山地震台内的唐山断裂近35年来整体上在水平方向呈微弱的右旋张性活动,垂直方向呈正断活动,但不同时段的运动状态有所不同;综合分析认为,唐山地震台形变和流体前兆观测对附近及华北因区域地壳应力场调整引起的中小地震有一定的显示,说明该台具有一定的前兆异常显示能力;随着观测资料和经验的持续积累,在该区域发生更大地震前,有望捕捉到更显著的前兆异常。     

综合地球物理方法在山前隐伏断裂探测中的应用——以巍山—长山南坡断裂为例

针对探测山前隐伏断裂复杂困难的特点,以巍山—长山南坡断裂为例,采用浅层地震勘探和高密度电法勘探等地球物理方法并结合钻孔联合地质剖面资料,对巍山—长山南坡断裂的隐伏段的准确位置和活动性进行研究,确定断层的准确位置和产状等。研究结果表明,巍山—长山南坡断裂在唐山市区的隐伏段为S倾的正断层,倾角约78°,断距约3 m,上断点埋深约19 m;该断裂在市区的隐伏段为中更新世断裂,晚更新世以来不活动。     

利用浅层地震反射法探测夏垫断裂浅部特征及空间展布

为进一步深入研究夏垫断裂的发震构造及活动性,在夏垫断裂震中区开展浅层地震勘探,布设小道距、高密度地震勘探测线,对地震反射剖面进行综合解释。以潘各庄段为中心,向两侧展开布设,共布设浅层地震勘探测线12条,测线总长约18 km。野外数据采集采用中间激发、双边不对称接收、满覆盖次数不少于12次的观测系统。原始资料经过常规处理和精细处理,获得了高质量的反射波叠加时间剖面。地震反射时间剖面揭示的波组变化特征明显,断裂特征清晰,解释夏垫断裂为倾向SE、视倾角约为72°的正断层;同时展现了自小石各庄至南张岱延伸约20 km范围内夏垫断裂的空间展布及浅部构造特征,解释测线范围内夏垫断裂走向约为N40°E。在此基础上,结合微地貌测量和以往研究成果,推测夏垫断裂为全新世活动断裂,其中夏垫断裂中心段伴随次断裂发育和断层绕射波,该特征向两侧减弱,与断裂陡坎的分布和连续的高差变化相对应,同时验证了夏垫镇潘各庄附近为震中的结果。探测结果所揭示的夏垫断裂的空间展布及地层结构特征与地质资料吻合。      

Co-seismic fault geometry and slip distribution of the 26 December 2004, giant Sumatra–Andaman earthquake constrained by GPS,coral reef,and remote sensing data

We analyze co-seismic displacement field of the 26 December 2004, giant Sumatra–Andaman earthquake derived from Global Position System observations,geological vertical measurement of coral head, and pivot line observed through remote sensing. Using the co-seismic displacement field and AK135 spherical layered Earth model, we invert co-seismic slip distribution along the seismic fault. We also search the best fault geometry model to fit the observed data. Assuming that the dip angle linearly increases in downward direction, the postfit residual variation of the inversed geometry model with dip angles linearly changing along fault strike are plotted. The geometry model with local minimum misfits is the one with dip angle linearly increasing along strike from 4.3oin top southernmost patch to 4.5oin top northernmost path and dip angle linearly increased. By using the fault shape and geodetic co-seismic data, we estimate the slip distribution on the curved fault. Our result shows that the earthquake ruptured *200-km width down to a depth of about 60 km.0.5–12.5 m of thrust slip is resolved with the largest slip centered around the central section of the rupture zone78N–108N in latitude. The estimated seismic moment is8.2 9 1022 N m, which is larger than estimation from the centroid moment magnitude(4.0 9 1022 N m), and smaller than estimation from normal-mode oscillation data modeling(1.0 9 1023 N m).